[发明专利]一种抗浮锚杆-旋喷体封底的组合结构设计方法

摘要

本发明提出一种抗浮锚杆‑旋喷体封底的组合结构设计方法，包括步骤1：旋喷体封底板的应力解求解；步骤2：抗浮锚杆‑旋喷体封底结构设计；步骤3：确定抗浮锚杆的轴力；步骤4：抗浮锚杆‑旋喷体封底板安全性分析。本发明根据抗浮锚杆‑旋喷体封底的破坏机理，应用弹性力学、土力学和基础工程学的有关理论，综合考虑静水压力产生的浮力影响、锚杆在旋喷体封底板中的破坏特征、抗浮锚杆与旋喷体封底板的协同工作，提出抗浮锚杆‑旋喷体封底结构的计算模型和结构设计理论，从而为建立无降水作业锚杆‑旋喷体封底深基坑逆作施工方法和控制要点提供理论依据，可代入现场相关测量数据从而得出相应的施工参数，结合相关施工方法开展基坑施工工作。

主权项

一种抗浮锚杆‑旋喷体封底的组合结构设计方法，其特征在于，包括：步骤1：旋喷体封底板的应力解求解；通过计算受均布力作用下旋喷体封底板的应力解、受锚杆集中力作用下旋喷体封底板的应力解、受均布荷载和集中荷载共同作用下旋喷体封底板的应力解，从而分别得出旋喷体封底板位移函数、旋喷体封底板内任一点的应力、集中力作用下的封底板内任意一点的应力及四锚杆围成的旋喷体封底板下表面处均布荷载和抗浮锚杆引起的旋喷体封底板内的应力解；步骤2：抗浮锚杆‑旋喷体封底结构设计；步骤2.1、静力平衡条件下的封底板设计，在不考虑锚杆间抗拔荷载的相互作用时，此时的静力平衡状态为封底板受力的最不利状态，分析旋喷体封底板受力情况，在封底板上边界，即z＝0，边界无荷载作用，即q＝0，对于某一微单元面积dA，该面积上静力平衡条件为σzdA＝qdA，其中，σz为z轴方向的正应力，q为封底板上表面荷载，代入到四锚杆围成的旋喷体封底板下表面处均布荷载和抗浮锚杆引起的旋喷体封底板内的应力解，从而得出旋喷体封底板厚度H1；步骤2.2、抗浮锚杆抗剪强度设计，设定锚杆抗拔力为p，锚杆直径为R1，锚杆摩擦力特征值为f，得出锚杆平衡条件为p＝πR1fh，通过计算得出满足此设计方法的锚杆长度H2；步骤2.3、确定旋喷体封底板厚度和锚杆间距，当H2<H1或H2≥H1时，均取旋喷体封底板厚度H＝H1；设锚杆间距为b，则根据ξ值求解最大锚杆间距，ξ为封底板厚度与锚杆间距的比；步骤3：确定抗浮锚杆的轴力，锚杆位于旋喷体封底板中的部分定义为外锚固段，土中部分定义为锚固段，参照混凝土结构设计规范计算(GB50010‑2010)中的钢筋锚固计算，从而确定外锚固段钢筋锚杆的钢筋锚固长度与极限抗拔力、锚固段极限抗拔力、抗浮锚杆极限抗拔力；步骤4：抗浮锚杆‑旋喷体封底板安全性分析；在荷载作用下，在四根锚杆围成区域，封底板的上表面处于最不利状态，为保证安全，该表面不允许产生裂缝，中点的应力状态需要小于封底板材料的设计强度，而对于四锚杆围成的旋喷体封底板而言，板的上表面几何形心处的旋喷体材料拉应力为关键控制点，将沿着x轴和y轴两个方向分别定义为情况一和情况二，根据第三强度理论验算旋喷体封底板的抗拉强度，如果情况一和情况二小于封底板材料抗拉强度允许值，说明设计的封底板安全。